fpc线路发黑失效分析 -凯发官网入口首页

引言

柔性电路板是一种具有高度可靠性、绝佳的可挠性印刷电路板，简称软板或fpc，具有配线密度高、重量轻、厚度薄等特点，被广泛应用于手机、笔记本电脑、pda等多种产品中。因其成本高、工艺要求严格，导致fpc失效问题时有发生，造成严重的经济损失。本文以fpc线路发黑失效为例，分析其异常原因，并提出改善建议。

一、案例背景

fpc线路蚀刻后，当天贴包封/固化，制程检验无氧化腐蚀现象，fpc出货检验合格。制程tp检验发现氧化腐蚀现象。现进行测试分析，查找fpc线路发黑的原因。

二、分析过程

1. 外观检查

利用体视显微镜对线路发黑fpc及正常fpc进行外观检查检查结果如下：

不良fpc线路表面发现点状发黑现象，发黑点分布于fpc的两面，分布无明显规律性；正常fpc未发现明显异常现象。

2. 剥离分析

为了观察发黑区域微观形貌及成分信息，选取典型失效样品（ng）将发黑区表面pi层及黏结胶机械剥离，利用电子扫描显微镜对剥离界面进行观察分析：

发黑区域剥离后，铜箔表面发现氧化现象，局部氧化层有脱落痕迹。eds结果显示，发黑区域及正常区域都含有c、o、cu元素，未发现其他异常元素，发黑区域氧含量明显偏高，即表明发黑区域存在氧化现象。正常区域无此异常现象。

图1. ng样品发黑区域及正常区域剥离后界面sem观察形貌及eds能谱图

3. 剖面分析

为了确认发黑区域氧化层深度及形貌状况，选取ng样品对发黑区域及正常区域切片^，利用sem对截面形貌进行观察分析，结果如下：

针对发黑区域切片，铜箔表面发现氧化层痕迹，氧化层厚度为218nm，放大观察后，铜箔与黏结胶界面局部存在微间隙现象。正常区域未观察到异常现象。需要特别指出的是，发黑区域存在深度方向的氧化腐蚀现象，该现象与表面的腐蚀形貌差异极大，说明腐蚀与线路蚀刻制程相关性较大。

图2. ng样品发黑区域及正常区域切片后截面sem观察照片

上述切片样品常温常湿环境中放置2天后，发黑区域截面明显观察到液体渗出现象，正常区域未发现液体渗出现象。经eds分析，液体渗出区域较正常区域含有较高cu元素。

图3. ng 样品发黑区域及正常区域切片后，常温常湿环境放置2天后截面sem形貌及eds能谱图

以上结果表明，发黑区域铜箔存在氧化现象，且铜箔与黏结胶界面存在微间隙。

4. pi膜分析

4.1 pi膜表面分析

为了观察不同厂商pi膜表面形貌是否存在差异，利用sem eds对不同厂商pi膜观察分析。

1# pi膜表面存在斑点较多，平整性不佳；2# pi膜表面光滑，无明显异常；3#pi膜平整性略差，但好于1#样品。

成分测试显示不同厂商pi膜主要含有c、o元素，但2# pi膜表面局部探测到na/cl/k元素，怀疑是人体汗液污染所致。

图4. 不同厂家pi膜表面sem观察照片

图5. 不同厂商pi膜表面sem形貌及eds能谱图

4.2 pi膜厚度测量

为了确认不同厂商pi膜厚度是否存在差异，对三款pi膜厚度方向切片，利用sem对pi膜厚度进行测量，三者pi膜厚度差异性不大。

图6. 不同厂商pi膜切片后厚度测量照片

4.3 pi膜ftir官能团分析

利用ftir傅里叶红外光谱对三款pi膜材质（官能团）进行表征分析。

3#与1#红外光谱图一致，2#在波长1018.73cm-1、829.51 cm-1及803.85 cm-1位置峰值强度存在差异，推测2#与另外两款样品化学单体存在一定差异，但三者在材质构成上无本质区别。

图7. 不同厂商pi膜ft-ir测试图谱

4.4 pi膜吸水率测试

参考标准gb/t 1034-2008塑料吸水性的测定对三款pi膜样品进行吸水率测试，测试结果如下：

如表所示，2#pi膜吸水率最高，而1#pi膜吸水率最低。吸水率越低，受水汽影响就越小，反之，更容易受水汽影响。

表1. 不同厂商pi膜吸水率测试结果

4.5 盐雾试验后pi膜剖面分析

对盐雾试验后不同成品发黑线路位置进行切片，利用sem eds对切片后截面进行观察与分析。

线路发黑位置pi膜完好，未见明显空洞、破损等异常。pi膜下成分测试显示，未发现明显na元素存在，但2#探测到cl元素。

图8. 不同成品线路发黑位置切片后sem形貌及eds能谱图

5. 未覆膜铜箔表面分析

为了确认未覆膜铜箔表面状态，利用sem eds对铜箔表面进行观察分析。

铜箔表面放大观察后，明显发现异物残留现象，异物分布无明显规律性。成分测试显示，异物主要含c元素，初步推测为线路蚀刻后去膜不完全所致。

图9. 未覆膜铜箔表面sem形貌及eds能谱图

三、总结分析

外观检查结果显示，不良样品fpc线路表面均存在点状发黑现象，发黑点分布于fpc的两面，分布无明显规律性；正常fpc未发现明显异常现象。

剥离分析显示，发黑区域铜箔表面存在明显氧化现象，局部氧化层有脱落痕迹。正常区域未发现明显异常现象。

剖面分析显示，发黑区域存在厚度约为218nm的氧化层，氧化区域界面分层，且发现局部深度腐蚀的形貌，该形貌说明与蚀刻制程相关性较高。

未覆膜铜箔表面分析显示，铜箔表面存在明显异物残留，异物分布无明显规律性。成分测试显示，异物主要含c元素，初步推测为线路蚀刻后去膜不完全所致。

pi膜分析结果显示，三款pi膜表面形貌存在一定差异，其中2# pi膜表面更为光滑；三款pi膜厚度无显著差异，2#、3#膜厚度较1#略大；2#pi膜红外光谱图部分峰值强度与另外两款pi膜存在一定差异，推测2#样品与另外两款样品化学单体存在一定差异，但三者在材质构成上无本质区别；2#pi膜吸水率高，3#pi膜次之，1#pi膜最优。以上pi膜分析结果显示，pi膜并未观察到与线路不规律发黑失效直接相关的证据。

（综上所述，fpc线路发黑的过程推测为：fpc线路蚀刻后去膜不完全，部份区域存在不规律的深度腐蚀情况，压合时该区域的界面结合不良，且会残留一定的蚀刻液成分。在后续存储和流转环节，受环境的影响，上述区域铜箔表面氧化程度逐渐劣化，直至表现出黑化特征。

当然也应该意识到，如果pi膜防护程度极为理想，例如百分百隔绝水汽，线路发黑的程度必然降低，但是pi膜的防护等级如何评价，目前行业内无明确标准，在此不做评判。

四、结论与建议

fpc线路发黑异常的原因推测为：fpc线路蚀刻后存在一定异常缺陷，在环境因素影响下，缺陷的影响进一步显现，最终观测到线路发黑现象。

改善建议

1. 加强fpc生产流程管控，尤其关注线路蚀刻后去膜环节及微蚀后漂洗、烘干环节。

2. 关注pi膜的防护性能，建议增加pi膜的选型评价，例如相同蚀刻线路，选择不同的pi膜压合，针对压合后的软板进行可靠性测试评价。

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